Die Mathematik sei wohl die einzige Wissenschaft, in der die Forschungswege bis zum Ergebnis meist verborgen bleiben. In der Physik oder der Chemie könne man durch Versuche und Experimente die einzelnen Schritte sichtbar und nachvollziehbar machen. Die Forschungsschritte in der Mathematik aber blieben in den Köpfen der WissenschaftlerInnen versteckt – erst das Ergebnis eines langwierigen Prozesses werde dann sichtbar. Dadurch blieben auch „Irrungen und Wirrungen“ oder gescheiterte Ansätze sowie die großen Anstrengungen auf dem Weg zur „Wahrheit“ das Geheimnis der Forschenden. Diese Ansicht vertritt Alexander Schulte, Lehrer am Heinz-Berggruen-Gymnasium und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Freien Universität Berlin (FU Berlin). „Es ist nicht ganz einfach zu ergründen, wie mathematische Forschung überhaupt funktioniert. Dies ist das Thema in meiner wissenschaftlichen Arbeit“, beschreibt der Didaktiker. Gleichzeitig sucht er nach Lösungswegen, wie man unter diesen Gegebenheiten Schülerinnen und Schülern Mathematik als Forschungsgegenstand erklären und sie dafür begeistern kann.

Gemeinsam mit Brigitte Lutz-Westphal, Professorin für Didaktik der Mathematik an der FU Berlin, arbeitet Alexander Schulte an einem praktikablen Ansatz für die Lösung dieses Problems.  Ein Ansatz wurde bereits mit seinen SchülerInnen erfolgreich getestet. Das entstandene Unterrichtsprojekt wurde im Rahmen des Programms „Mathe.Forscher“ der Stiftung Rechnen und gemeinsam mit Studierenden im Rahmen eines Seminars an der FU Berlin erarbeitet. „Dabei wird Mathematik als lebendiger Prozess erfahren und es kommt idealerweise zu einer authentischen Begegnung mit mathematischer Forschungspraxis“ wird das Projekt in der Beschreibung zu einem ersten „Testlauf“ mit dem Leistungskurs Mathematik von Alexander Schulte am Heinz-Berggruen-Gymnasium in Berlin-Westend beschrieben. Wobei der Lehrer zu bedenken gibt: „Einschränkend muss hier erwähnt werden, dass der Begriff „authentisch“ in diesem Zusammenhang mit Vorsicht zu genießen ist.“ Aus mathematikdidaktischer Sicht wisse man noch zu wenig über die Funktionsweise mathematischer Forschungspraxis, um Kriterien für Authentizität zu entwickeln.

Aus praktischer Sicht allerdings kann man konstatieren, dass der erste Test gelungen ist. Dreizehn Schüler und drei Schülerinnen des Mathematik-Leistungskurses von Alexander Schulte fanden sich an zwei aufeinanderfolgenden Vormittagen im März zusammen, um ein vorgegebenes Phänomen aus der Integralrechnung zu „erforschen“. Ebenfalls anwesend waren Prof. Lutz-Westphal sowie die Studierenden von Schultes Hauptseminar in der Mathematik-Didaktik an der FU Berlin.

Da die SchülerInnen im aktuellen Unterricht die Integralrechnung zum Thema hatten, wählte Schulte zwei unbegrenzte Flächen aus, für die man mit Hilfe der Integralrechnung zeigen konnte, dass sie einen begrenzten Flächeninhalt besitzen. Einleitend bekamen die TeilnehmerInnen die beiden Flächeninhalte sowie die entsprechenden Integrale gezeigt. Diese galt es zunächst zu berechnen.

Bis hierher also noch „normaler“ Schulunterricht. Nun allerdings begann die eigentliche Forschungsarbeit und die SchülerInnen sollten jetzt auf Grundlage des Phänomens in kleinen Arbeitsgruppen eigene Fragestellungen entwickeln. „Es geht mir also zunächst darum, Fragen zu formulieren“, so Schulte. Diese Fragen wurden von ihm schließlich gesammelt und allen zugänglich gemacht. Nach einer kurzen Diskussion der Ergebnisse waren die SchülerInnen aufgefordert, eigene Forschungsinhalte zu entwickeln und jeweils einen davon in kleinen Gruppen zu bearbeiten. Dabei waren die anwesenden Studierenden aufgefordert, die SchülerInnen zu beraten und ihnen Tipps zu geben. Den Abschluss der zweitägigen Lehreinheit bildete schließlich die Präsentation der Forschungsergebnisse.

Für die Schülerinnen und Schüler war diese Form des Mathematikunterrichts nicht nur eine Herausforderung, sondern vor allem ein neues und spannendes Angebot, ihre Neugierde zu wecken. „Wir wollen den SchülerInnen die Möglichkeit geben zu überlegen, was das eigene Interesse an der Fragestellung ist“, beschreibt der Lehrer. Die Begeisterung und Freude an dieser Art der Mathematikvermittlung war allen anzumerken. Ein Indiz: Als Alexander Schulte mahnte, dass gleich Pause sei, beschlossen sie einstimmig, die Pause heute ausfallen zu lassen, da man gerade intensiv bei der Arbeit sei und diese nicht unterbrechen wollte.

Selbst der Lehrer war von dieser Intensität überrascht. „Ich hatte zwar schon gehofft, dass wir mit dieser Unterrichtsform den Ehrgeiz der SchülerInnen wecken. Dass sie – und zwar ausnahmslos alle – mit so viel Einsatz und Freude dabei sein werden, war auch für mich eine unerwartete Erfahrung. Selbst diejenigen, die anfänglich eine etwas blockierende Haltung hatten, waren sehr schnell mit großem Einsatz bei der Sache“, sagt er. Besonders positiv waren für ihn die erzielten Ergebnisse. „Die von den SchülerInnen formulierten Forschungsaufträge waren von sehr hoher Qualität. Alle Ansätze sind geeignet zur intensiven Auseinandersetzung mit dem zu Beginn formulierten Ausgangspunkt und genügen höchsten Ansprüchen“, resümiert Alexander Schulte. Für ihn sind die beiden Vormittage ein Beweis dafür, dass das Modell des forschenden Lernens eine Chance ist, den „Spagat zwischen theoretischem Anspruch und den Zwängen des Unterrichts erfolgreich zu meistern. Ich sehe hier sogar einen Ansatz, der in vielen anderen Unterrichtsfächern ebenso möglich und erfolgreich sein kann“, sagt er.

Auch seine beobachtenden Studierenden waren von dem Erlebten überzeugt. „Sie waren wirklich überrascht, wie gut dieser Ansatz in der Praxis funktioniert,“ freut sich der Didaktiker. Dies führte denn auch zu einer lebhaften Diskussion, die Alexander Schulte gleich nach dem Abschluss angeregt hatte. Grundtenor war, dass man es selbst nicht hätte besser machen können als die SchülerInnen. Lediglich bei der Rolle des Lehrers während des gesamten Unterrichts gab es noch kleine aber wertvolle Veränderungsvorschläge. „Da die beiden Vormittage ja auch für mich ein erstes Mal waren, waren die Vorschläge ausgesprochen hilfreich,“ konstatiert der Wissenschaftler und Mathematiklehrer.

Die federführende Professorin Brigitte Lutz-Westphal sieht im forschenden Lernen ebenfalls einen erfolgversprechenden Ansatz für die künftige Vermittlung von Mathematik in den Schulen. „Um forschendes Lernen allerdings langfristig im Unterricht zu implementieren, darf es keinen Widerspruch zur Arbeit im Lehrplan geben. Deshalb benötigen wir Ideen zur Implementierung im fortlaufenden Unterricht, die eine authentische mathematische Forschungshaltung vermitteln“.

Möglich machte die Unterrichtsidee das Programm „Mathe.Forscher“ der Stiftung Rechnen. „Ohne die Unterstützung der Stiftung Rechnen wären wir nicht bis zu diesem Punkt gekommen“, sagt die Professorin.

Mathe.Forscher ist ein Programm der Stiftung Rechnen. Förderpartner ist die Klaus Tschira Stiftung, die das Programm seit 2012 in der Region Rhein-Neckar unterstützt. Mehr über „Mathe.Forscher“ finden Sie unter http://matheforscher.de/sowie in diesem Podcast.